郭宏有，李 杰

(沈陽鐵路局 吉林線橋檢測(cè)設(shè)計(jì)所，吉林省 吉林市 132001)

1 鋼板梁傷損概況

檢查中發(fā)現(xiàn)某線20 m上承式鋼板梁嚴(yán)重銹蝕，截面尺寸削弱。

1)當(dāng)移開橋枕后發(fā)現(xiàn)，橋枕擱置處10 mm厚的上蓋板，只剩2～3 mm，有的已爛穿，在上蓋板上留下一個(gè)個(gè)220 mm×450 mm的凹槽，三層板爛成雙層板，雙層板爛成單層板，單層板幾乎全爛掉，見圖1。

圖1 右側(cè)上蓋板已爛穿

圖2 枕木下鉚釘頭已幾乎爛光

2)據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉚釘因銹蝕而失效的達(dá)90%，有的鉚釘頭銹去二分之一，有的鉚釘頭已銹平，見圖2。

3)橋枕下的翼緣邊已完全爛掉，整個(gè)上蓋板翼緣邊爛成鋸齒狀，導(dǎo)致鉤螺栓無法鉤住翼緣邊，只能鉤雙層板，見圖 3、圖 4。

圖3 枕木下翼緣邊已鉤不住螺栓

圖4 枕木下雙層板與單層板之間的銹蝕

鑒于上蓋板嚴(yán)重銹蝕板梁，能否確保橋梁運(yùn)營安全，擬查清鋼板梁技術(shù)狀態(tài)，并對(duì)該板梁承載能力及穩(wěn)定性進(jìn)行檢算與試驗(yàn)。

2 銹蝕對(duì)板梁承載力影響的檢算

《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定:橋梁的檢定承載能力應(yīng)以橋梁的檢定承載系數(shù)K表示。K為結(jié)構(gòu)所能承受的荷載相當(dāng)于中華人民共和國鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載(中—活載)的倍數(shù)。

當(dāng)K≥1時(shí)，表示橋梁承載能力滿足標(biāo)準(zhǔn)活載要求。

當(dāng)K＜1時(shí)，表示橋梁承載能力不滿足標(biāo)準(zhǔn)活載要求，橋上容許通行的運(yùn)行荷載Q，必須滿足Q≤K。

Q為運(yùn)行活載的“活載系數(shù)”，即在橋梁結(jié)構(gòu)承載能力檢算中，運(yùn)行活載相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)活載的倍數(shù)。

各種梁式結(jié)構(gòu)的K和Q可按下列公式計(jì)算

式中 k——橋梁構(gòu)件的容許換算均布活載;

k0——標(biāo)準(zhǔn)活載的換算均布活載，計(jì)入動(dòng)力系數(shù);

kq——運(yùn)行活載的換算均布活載，計(jì)入相應(yīng)的動(dòng)力系數(shù)。

對(duì)于前述跨度20 m的上承式板梁，選擇銹蝕較嚴(yán)重的截面(距跨中1.2 m)按彎曲力矩進(jìn)行檢算。截面形狀如圖5所示。

圖5 檢算截面(單位:mm)

截面組成:①蓋板:2— 450 mm×10 mm;②上下翼緣角鋼:4—200 mm×200 mm×20 mm;③ 腹板:1—1 930 mm ×10 mm。

《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定:上承板梁按彎曲力矩檢算時(shí)，梁跨容許換算均布活載

式中 k——橋梁構(gòu)件的容許換算均布活載(kN/m);

［σW］——鋼材彎曲檢定容許應(yīng)力(MPa)，查《橋檢規(guī)》表 5.1.1［σW］=185 MPa;

Ωk——彎矩影響線面積(m2)，Ωk=49.28 m2;

p——恒載(kN/m)，p=24 kN/m;

W0——檢算截面的有效截面抵抗矩(cm3)，求法如下

式中 ψ1——截面消弱系數(shù)，《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定:對(duì)于有蓋板的鉚接梁ψ1=0.8;

ψ2——鋼梁銹蝕消弱系數(shù)，取 ψ2=0.75;

Wg——毛截面抵抗矩(cm3)，Wg=I0/y;

I0——毛截面慣性矩，I0=3 979 713 cm4;

y——對(duì)稱截面上下翼緣到中性軸的距離，y=97.5 cm。

因此

梁跨容許換算均布活載為

20 m的上承式板梁動(dòng)力系數(shù)

檢算截面處中—活載換算均布活載(不包括動(dòng)力系數(shù))為

標(biāo)準(zhǔn)活載計(jì)入動(dòng)力系數(shù)時(shí)的換算均布活載為

該20 m的上承式板梁檢定承載系數(shù)為

因此該20 m的上承式板梁檢定承載能力不滿足中—活載的要求。

3 板梁綜合檢定試驗(yàn)

3.1 梁體跨中附近截面應(yīng)力測(cè)試

應(yīng)力測(cè)試斷面選擇距跨中1.2 m銹蝕較嚴(yán)重的截面進(jìn)行，以SS6B機(jī)車牽引+C62A重車(速度7.0 km/h)測(cè)試的數(shù)據(jù)(測(cè)點(diǎn)布置如圖6)，作為準(zhǔn)靜載進(jìn)行實(shí)測(cè)應(yīng)力分析，分析結(jié)果見表1。

在準(zhǔn)靜載作用下，測(cè)試斷面上翼緣應(yīng)力結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)為0.90，下翼緣應(yīng)力結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)為0.97，結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)實(shí)測(cè)值均超出《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)通常值的上限。

下翼緣實(shí)測(cè)彎曲應(yīng)力為68.87 MPa，換算到中—活載(換算系數(shù)1.55)與恒載產(chǎn)生的應(yīng)力值(24.5 MPa)疊加后為 130.54 MPa，并乘以理論動(dòng)力系數(shù)(1.467)為192.54 MPa，大于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》鋼材檢定容許彎曲應(yīng)力185 MPa，表明板梁銹蝕后強(qiáng)度不滿足中—活載要求。

圖6 測(cè)點(diǎn)布置

表1 實(shí)測(cè)應(yīng)力分析

3.2 梁體跨中撓度測(cè)試結(jié)果

跨中撓度以 SS6B機(jī)車牽引 +C62A重車(速度7.0 km/h)測(cè)試的數(shù)據(jù)，作為準(zhǔn)靜載進(jìn)行實(shí)測(cè)撓度分析，分析結(jié)果見表2。

表2 第2孔梁跨中撓度換算中活載撓度

撓度測(cè)試結(jié)果表明:實(shí)測(cè)最大豎向撓度為11.35 mm，撓度結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)為0.98，大于《橋檢規(guī)》規(guī)定的結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)通常值的上限。實(shí)測(cè)撓度換算到中—活載時(shí)的撓跨比為1/1 136，不滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》鋼板梁豎向撓跨比通常值1/1 200(普通橋梁鋼)的要求，說明梁體豎向剛度不足。

3.3 梁體自振頻率測(cè)試結(jié)果分析

梁體橫豎向自振頻率采用環(huán)境微振動(dòng)法和余振法測(cè)試。

實(shí)測(cè)梁體橫向自振頻率在4.30～5.00 Hz之間，梁體橫向自振頻率均不滿足《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》簡支梁橫向自振頻率不小于nh=60/L0.8(L—簡支梁跨度，單位 m)，即nh≥5.46要求，表明梁體橫向剛度不足。

實(shí)測(cè)梁體豎向自振頻率2.25～3.13 Hz，均不滿足《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》對(duì)于跨度4 m≤L≤20 m簡支梁豎向自振頻率不小于n0=80/L(L—簡支梁跨度，單位 m)的規(guī)定，即 n0≥4.00要求，表明梁體的豎向剛度不足。

3.4 梁體橫向振幅測(cè)試結(jié)果分析

梁體實(shí)測(cè)跨中橫向振幅最大值為0.97 mm，滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的無橋面系的板梁(普通橋梁鋼)橫向振幅安全限值不大于3.64 mm的要求，但不滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的客運(yùn)專線無橋面系的板梁跨中橫向振幅通常值不大于0.88 mm的要求。

4 結(jié)論和建議

該鋼板梁上翼緣銹蝕嚴(yán)重，截面尺寸削弱，結(jié)構(gòu)功能嚴(yán)重劣化，檢定承載能力不滿足中—活載的要求，橫、豎向剛度不足，按照《鐵路橋隧建筑物狀態(tài)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)定，劣化等級(jí)為 A1級(jí)(嚴(yán)重)，即結(jié)構(gòu)功能嚴(yán)重劣化，進(jìn)一步發(fā)展會(huì)危及行車安全。

為適應(yīng)鐵路重載高速的要求，建議將該橋跨度20 m鋼板梁進(jìn)行更換。換梁前，橋上運(yùn)行列車限速，對(duì)板梁的狀態(tài)和病害進(jìn)行定期觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，同時(shí)禁止超重貨物列車的通行。

［1］曹雪芹.橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析［M］.北京:中國鐵道出版社，1987.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵運(yùn)函［2004］120號(hào) 鐵路橋梁檢定規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［3］劉鵬飛，姚京川，董振升.提速條件下32 m下承鋼板梁綜合動(dòng)力性能的安全性評(píng)估［J］.鐵道建筑，2008(1):28-30.

［4］牟軍生，田術(shù)余，呂梅.某老齡鋼橋承載能力的試驗(yàn)研究［J］.鐵道建筑，2008(9):9-11.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.